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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Transportfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Transportfahrzeuge,
die sowohl auf Straßen
als auch auf Schienen fahren können,
sind bekannt. Diese Transportfahrzeuge besitzen Schienenräder wie
auch (Luft-) Reifen. Bei den bekannten Transportfahrzeugen wird
der Führungseffekt
der Schienen genutzt, aber die Luftreifen übernehmen andere Aufgaben von
den Schienenrädern
auf den Schienen. So beschreibt etwa die französische Patentschrift Nr. 2741582
ein Fahrzeug, bei dem die Luftreifen zum Fahren und zum Bremsen
verwendet werden. Die Luftreifen sind von den Schienenräder weg
bewegbar aufgehängt,
und die Position der Luftreifen wird auf der Grundlage der Schienenräder eingestellt,
so daß das
Fahrzeug den Schienenrädern
folgt.
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Die
US-Patentschrift 3,874,306 beschreibt ein Fahrzeug, bei dem die
Luftreifen mit den Schienen in Eingriff treten, um das Fahrzeug
zu fahren und abzubremsen. Auch hier haben die Schienenräder eine
Führungsfunktion,
obgleich die Luftreifen ebenfalls insofern einen gewissen Führungseffekt
besitzen, als sie sich in gewissem Maße über die Schienen biegen.
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Die
deutsche Patentschrift
DE 40
41 970 beschreibt ebenfalls ein gemischtes Schienenrad-Luftreifen-Fahrzeug.
Es weist eine Drucksteuerungseinrichtung auf, um dafür zu sorgen,
daß die
Schienenräder
mit einer konstanten Kraft auf die Schienen drücken. Ferner beschreibt die
französische
Patentschrift Nr. 2467718 ein System, um ein Schienenrad-Luftreifen-Fahrzeug
auf die Schienen zu drehen, so daß alle Schienenräder über den
Schienen zu liegen kommen.
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Der
Transport von Gütern über die
Straße
weist eine Vielfalt von allgemein bekannten Nachteilen auf, insbesondere
im Hinblick auf den Energieverbrauch, die Auswirkungen auf die Umwelt,
die Lärmerzeugung, und
verstopfte Straßen.
In logistischer hinsicht vorteilhaft sind hingegen seine Geschwindigkeit,
Flexibilität, dicht
vernetzte Sruktur, und die individualisierte Behandlung der Transporteinheiten
(Container). Da auf Reifen gefahren wird, ist es an Transferorten
möglich,
frei zu manövrieren,
was es erlaubt, daß verschiedene
logistische Funktionen auf einem vergleichsweise kleinen Raum erfüllt werden.
Was diese logistischen Aspekte betrifft, so ist der Transport von
Gütern
auf Schienen im Vergleich mit dem Transport auf der Straße unterlegen, und
zwar ganz besonders dann, wenn kurze Transportstrecken zu bewältigen sind.
Ein weiterer Nachteil des Transports auf Schienen ist die begrenzte
Haftung von Stahl auf Stahl, was sehr lange Bremswege mit sich bringt.
Infolgedessen ist die Häufigkeit
von Fahrten notwendigerweise gering, was in logistischer Hinsicht
ungünstig
und darüber
hinaus für
die Kapazität
der Schiene von Nachteil ist. Andererseits ist hingegen der geringe
Rollwiderstand des Fahrens auf Schienen ein energetisch und wirtschaftlich
günstiges
Merkmal.
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Es
ist daher wünschenswert,
ein umfassendes Transportsystem mit einer hohen Kapazität zur Verfügung zu
stellen, welches die Vorteile der beiden Transportmodalitäten miteinander
verbindet und dabei die Nachteile vermeidet. Ein solches Transportsystem
dürfte
eine Alternative für
den Schienen- und Straßentransport
zur Verfügung
stellen und könnte
als Ergänzung
für diese
dienen.
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Dabei
ist es wünschenswert,
auf bestmögliche
Weise von dem geringen Rollwiderstand des Fahrens auf Schienen zu
profitieren. Die bekannten Fahrzeuge mit sowohl Schienenrädern als
auch Luftreifen ermöglichen
dies nicht auf eine bestmögliche
Weise, da die Schienenräder
bei diesen Fahrzeugen einen Führungseffekt
besitzen. Zumeist sind die Schienenräder ziemlich klein, gerade
groß genug
für einen
Führungseffekt, aber
nicht für
das Erzielen eines geringen Rollwiderstandes ausgelegt. Nichtsdestoweniger
muß die
Aufhängung
der Schienenräder
ziemlich schwer ausgeführt
sein, um die Übertragung
der Führungskräfte von
den Schienen zu ermöglichen.
Auch müssen
die Schienenräder
zu Führungszwecken
mit Radkränzen
versehen sein. Die Radkränze
machen die Schienenräder
schwerer, erzeugen unangebrachtes Geräusch, und führen zu einem Energieverlust.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Transportfahrzeug zur Verfügung zu
stellen, das sowohl Luftreifen als auch Schienenräder aufweist,
bei dem jedoch die Schienenräder
keine Führungsfunktion
zur Verfügung zu
stellen brauchen.
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Die
Erfindung stellt ein Transportfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 zur Verfügung. Bei
dem erfindungsgemäßen Transportfahrzeug
besitzen die Sätze
von Schienenrädern
eine gewisse Bewegungsfreiheit quer zum Fahrzeugaufbau. Positionsbestimmungseinrichtungen
messen die Position des Transportfahrzeugs in Querrichtung zu den
Schienen. Diese Einrichtungen können
beispielsweise einen Induktionssensor aufweisen, der auf das Metall
der Schienen anspricht, oder einen dGPS (differential Global Positioning
System)-Empfänger,
oder einen Empfänger
für Signale
von eigens für
diesen Zweck angeordneten Sendepfosten oder dergleichen, oder Kombinationen
aus diesen. Ein Steuersystem führt
die Steuerung und Einstellung der Reifen auf der Grundlage von Informationen
durch, die von den Positionsbestimmungseinrichtungen erhalten werden, so
daß das
Fahrzeug den Schienen folgt.
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Die
Schienenräder
sind vorzugsweise breiter als die gegenwärtig auf Schienen verwendeten
Räder, so
daß ein
weiterer Bereich zum Positionieren der Radsätze relativ zu den Schienen
vorhanden ist. Die Schienenräder
sind vorzugsweise leicht kegelförmig,
so daß die
Sätze von
Schienenrädern,
von denen sie ein Teil sind, sich während der Fahrt relativ zu
den Schienen selbsttätig
zentrieren.
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Falls
sich das Transportfahrzeug relativ zu den Schienen zu weit in einer
Querrichtung bewegt, werden die Schienenräder vorzugsweise automatisch
eingezogen, so daß das
Transportfahrzeug vollständig
auf den Reifen zu liegen kommt.
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Bei
einer Ausführungsform
wird der Achsdruck der zweiten Radsätze so gesteuert, daß jeder
der ersten Radsätze
stets einen Teil des Gewichts des Transportfahrzeugs trägt, und
die Gewichtsverteilung derart ist, daß unter normalen Betriebsbedingungen
eine stabile und schlupffreie Bewegung gewährleistet ist. Bei Betätigung des
Bremsmechanismus an den ersten Radsätzen wird der Achsdruck der
zweiten Radsätze,
falls nötig,
entsprechend der Zunahme der Bremskraft der ersten Radsätze verringert.
Auf diese Weise entspricht die Länge
der Bremswege derjenigen von Straßenfahrzeugen, und zwar auch
während
einer Fahrt auf Schienen. Der betreffende Schienenabschnitt kann
daher ein hohes Verkehrsaufkommen dieser Hybrid-Transportfahrzeuge
erleichtern. Bei einer Fahrt im stationären oder annähernd stationären Zustand
wird der größere Teil
des Gewichts des Transportfahrzeugs von den Sätzen von Schienenrädern getragen.
Der energetisch günstige
Effekt des geringen Rollwiderstandes bei einer Fahrt auf Schienen
stellt sich deshalb zum Großteil
auch bei dem Hybrid-Transportfahrzeug ein, wohlgemerkt unter der
Voraussetzung, daß die
Schienen benutzt werden. Während
eines Transportes über
eine Straße
oder über
einen Umschlagsort werden die Schienenräder hochgezogen. Es wird dann
ein Steuersystem verwendet, mit dem die ersten Radsätze unabhängig von
Schienen gelenkt werden können,
und das spezifische Anweisungen über
eine zu verfolgende Fahrtroute ausgibt. Je nach der Art der logistischen
Umgebung kann diese Steuerung automatisiert oder auch von Menschen
betätigt
sein, oder kann von einer hybriden, automatisch/von Personal betätigten Art
sein. Wenn das Transportfahrzeug auf diese Weise fährt, besitzt
es die Flexibilität
eines Fahrzeuges, das sich auf Reifen bewegt und weder an Schienen
noch an irgeneinen anderen festen Schienenabschnitt gebunden ist.
Alles in allem stellt die Erfindung ein Transportfahrzeug zur Verfügung, welches
die Vorteile eines Transportes auf Reifen mit denjenigen des Schienenverkehrs
verbindet, wobei während
seiner Verwendung dessen Nachteile größtenteils vermieden werden können.
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Um
den erfindungsgemäß erzielbaren
energetischen Vorteil zu verdeutlichen, wird auf die nachstehende
Tabelle verwiesen, welche einen vergleichenden Überblick für die Beförderung von Seecontainern darstellt.
Die oberste Zeile in dieser Tabelle gibt die Leistung an, die für ein Transportfahrzeug
ohne Schienenräder bei
einer Geschwindigkeit von 100 km/h benötigt wird, was die normale
Geschwindigkeit eines gelenkig ausgeführten Lastwagens auf Schnellstraßen ist.
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Angabe
der Energieleistung und des Energieverbrauchs
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Die
nächsten
beiden Zeilen der Tabelle liefern eine energetische Angabe für ein Transportfahrzeug ohne
Schienenräder
bei einer Geschwindigkeit von 50 bzw. 10 km/h. Die letzte Zeile
liefert eine energetische Angabe für ein Hybrid-Transportfahrzeug,
das bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h zu 60% auf den Schienenrädern abgestützt ist.
Die Spalte "durchschnittlicher
stationärer
Zustand" gibt die
Situation ohne Steigung unter Annahme einer normalen Last und unter
dem Einfluß von
etwas Wind wieder. Der Zustand "schwer
beladen" beinhaltet
schwere Lasten, eine Steigung von 3%, und starken Gegenwind. Unter
diesen Umständen könnte die
Geschwindigkeit auf 30 km/h begrenzt sein. Es wird angemerkt, daß die kinetische
Energie und der Effekt von Schwankungen in der Geschwindigkeit nicht
berücksichtigt
wurde. Bei einem bemannten Fahrzeug ist der Geschwindigkeitsfaktor
hinsichtlich der hohen Personalkosten und der Vorschriften über die
Fahrzeiten von großer
Wichtigkeit. Bei einem unbemannten Fahrzeug spielt die Geschwindigkeit
eine viel geringere Rolle, so daß eine energetisch vorteilhafte
Fahrweise in Betracht gezogen werden darf. Bei einer angenommenen Geschwindigkeit
von 50 km/h und einer 60%-igen Abstützung auf den Schienenrädern wird
bereits eine sehr beträchtliche
Energieeinsparung erzielt im Vergleich mit einem Robotfahrzeug ohne
Schienenräder,
und ganz sicher im Vergleich mit einem herkömmlichen, gelenkig ausgeführten Lastwagen.
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Die
Geschwindigkeit von 10 km/h ist für Fahrten in Container-Terminals
von Belang.
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Obgleich
das Transportfahrzeug bemannt sein könnte, werden starke Vorteile
genau dann erzielt, wenn das Transportfahrzeug als "automatisch geführtes Fahrzeug" in einem offenen "intelligenten Logistiksystem" arbeitet, bei dem
die Verschiebungen auf den verbindendene Schienenabschnitten, Manövrieren
an den Umschlagsorten, und logistische Abläufe sämtlich auf eine koordinierte
Weise vor sich gehen. Im Prinzip ist jedes Fahrzeug annehmbar, vorausgesetzt,
daß Standards
für Fahreigenschaften,
Lenken und Sicherheit eingehalten werden. Eine Fahrerlaubnis wird
durch Kommunikation über
ein "Dynamic Slotting"-System erteilt.
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Diese
und weitere Aufgaben und Vorteile des erfindungsgemäßen Transportfahrzeugs
werden im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
ausführlicher
erläutert.
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1 zeigt
ein Hybrid-Transportfahrzeug;
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2 zeigt
Bremsvorkehrungen bei einem Hybrid-Transportfahrzeug;
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3 zeigt
ein Steuersystem bei einem Hybrid-Transportfahrzeug.
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In
der beigefügten 1 ist
ein Beispiel für
das Hybrid-Transportfahrzeug in einer Ausführung als Robotfahrzeug im
Seitenaufriß gezeigt.
Das Robot-Transportfahrzeug ist mit zwei vorderen und zwei hinteren
ersten Radsätzen
mit einem zwischen diesen angeordneten zweiten Radsatz versehen.
Die Radsätze 2–5 sind mit
Luftreifen versehen, während
der Radsatz 6 mit Schienenrädern aus Stahl versehen ist.
Die Räder
eines der vorderen Radsätze
und eines der hinteren Radsätze
sind motorgetrieben. Die anderen ersten Radsätze und der zweite Radsatz
sind nicht angetrieben. Das Transportfahrzeug wird über die
Radsätze 2–5 gelenkt. Der
Radsatz 6 ist so aufgehängt,
daß er
im Sinne der nachfolgenden Beschreibung "schienengebunden" ist. Die Schienenräder werden in eine höchste Position
verbracht, wenn das Robotfahrzeug, das auf den Luftreifen fährt, über die
Straße
bewegt wird, und ferner unter den im nachfolgenden erwähnten Umständen.
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Die
Schienenräder
können
abgesenkt werden, wenn das Robot-Transportfahrzeug auf Schienen
bewegt wird; diese Situation ist in 1 dargestellt.
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2 zeigt
Bremsvorkehrungen bei dem Robot-Transportfahrzeug.
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Schematisch
gezeigt sind Schienen 35, Räder 36a, b mit Luftreifen,
ein Schienenrad 38, ein Aufbau 39, eine Bremssteuerung 30 mit
einem Steuersignaleingang 31, eine gesteuerte Bremse 32 an
einem der Räder 36a mit
Luftreifen, eine Drucksteuerungseinrichtung 33 und eine
Drucksteuerungs-Energieversorgung 37. Selbstverständlich sind
alle Teile mit dem Aufbau 39 verbunden, jedoch ist dies
aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht weiter dargestellt. Im Betrieb regelt die Drucksteuerungseinrichtung 33 den
Druck, mit dem die Drucksteuerungs-Energieversorgung 37 die Schienenräder 38 gegen
die Schienen 35 andrückt.
Wenn ein Bremssignal am Eingang 31 eintrifft, überträgt die Bremssteuerung 30 ein
Signal an die gesteuerte Bremse 32, eine Bremsung vorzunehmen.
Zusätzlich überträgt in diesem
Fall die Bremssteuerung ein Signal an die Drucksteuerungseinrichtung 33,
den Druck auf die Schienenräder 38 zu
verringern.
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Der
Druck, mit dem die Schienenräder
gegen die Schienen angedrückt
werden, bestimmt das Maß der Entlastung der
Luftreifenräder.
Der Raddruck der Schienenräder
kann automatisch gesteuert werden. Auf geraden Schienenabschnitten
und in leichten Kurven im stationären Zustand wird der Raddruck
der Schienenräder
so gesteuert, daß die
Radsätze 2–5 an
jedem Ende zusammen z.B. mindestens 40% des Gewichts des Fahrzeugs
tragen. Bei einer Bremsung wird der Druck auf die Schienen verringert
oder völlig
abgebaut. Dies ist auch bei scharfen Kurven der Fall, so daß die Effekte
der günstigen
Haftung der Reifen auf der Fahrbahn bewahrt bleiben. Wenn aus irgendeinem
Grund die Abweichung des Transportfahrzeugs relativ zu den Schienen
zu groß wird,
werden die Schienenräder
hochgezogen, bis das Transportfahrzeug sich wieder vollständig auf
dem Schienenstrang befindet. Die Erfindung ist nicht auf die vorliegend
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschriebene, beispielhafte Ausführungsform
beschränkt;
es sind zahlreiche Varianten möglich.
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Anstatt
eines können
beispielsweise zwei Sätze
von Schienenrädern
in der Mitte angeordnet sein, die gegebenenfalls im Tandem an einem
gemeinsamen Rahmen aufgehängt
sind. Anstatt der zweifachen ersten Radsätze an den Enden des Fahrzeugs
können
einzelne erste Radsätze
angeordnet sein. Ebenfalls möglich ist
eine Variante als robotischer Anhänger.
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3 zeigt
ein Steuersystem bei einem Hybrid-Transportfahrzeug. Die Figur stellt
schematisch Schienen 20a, b, Schienenräder 22a, b, Sensoren 24a,
b, eine Steuervorrichtung 26, eine Steuerungs-Energieversorgung 27a,
b und Räder 28a,
b mit Reifen dar. Diese Teile sind mit einem Aufbau des Transportfahrzeugs (nicht
dargestellt) verbunden. Im Betrieb erfassen die Sensoren 24a,
b das Vorhandensein der Schienen 20a, b, und falls Schienen 20a,
b vorhanden sind, messen die Sensoren die Position des Transportfahrzeugs
relativ zu den Schienen in einer Querrichtung. In Abhängigkeit
von den Messungen der Sensoren steuert the Steuervorrichtung 26 die
Lenkung 27a, b der Räder 28a,
b mit Reifen, so daß das
Transportfahrzeug den Schienen 20a, b folgt. Zu diesem
Zweck können
anstatt eines Sensors für
die Schienen andere Einrichtungen wie etwa ein dGPS-Empfänger in
Kombination mit einer elektronischen Karte verwendet werden, in
der die Position der Schienen in dGPS-Koordinaten gespeichert ist,
oder ein Empfänger
von Sendepfostensignalen von Sendepfosten, die entlang der bzw.
zwischen den Schienen angeordnet sind, und dergleichen, oder Kombinationen dieser
Arten von Positionsbestimmungseinrichtungen.
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Ein
technischer Aspekt ist es, daß das
Hybrid-Transportfahrzeug mit Sensoreinrichtungen zum Bestimmen des
Vorhandenseins der Schienen versehen ist, und falls dies der Fall
ist, zum Messen der Position des Transportfahrzeugs in Bezug auf
die Schienen in einer Querrichtung. Induktionssensoren können für diesen
Zweck eingesetzt werden. Wenn das Transportfahrzeug eine Abweichung
von der zentrierten Position auf den Schienen aufweist, die größer als
ein vorgegebener Wert ist, oder wenn das Vorhandensein der Schienen nicht
festgestellt wurde, werden die Schienenräder hochgezogen oder verbleiben
in der hochgezogenen Position. Wenn das Vorhandensein der Schienen
festgestellt wurde und das Transportfahrzeug eine Abweichung in
Bezug auf die zentrierte Position auf den Schienen aufweist, die
geringer als ein vorgegebener Wert ist, und darüber hinaus die Steueranweisungen
eine Veranlassung dazu geben, werden die Schienenräder abgesenkt. Die
ersten Radsätze
(d.h. die Radsätze,
die auf Reifen laufen) sind mit einem konventionellen Steuersystem ausgerüstet, so
daß, falls
die Fahrbahn mit Schienen versehen ist, diesen Schienen unter Verwendung
der erwähnten
Messungen durch Sensoren gefolgt werden kann. Bei dieser Steuerung
können
auch die Positionen der zweiten Radsätze berücksichtigt werden. Wie bereits
erwähnt,
ist das Hybrid-Transportfahrzeug mit mindestens einem Satz von Schienenrädern versehen.
Jeder Satz von Schienenrädern
ist separat oder wiederum im Tandem mit einem weiteren Satz von
Schienenrädern
aufgehängt,
so daß er
insofern "schienengebunden" ist, als sowohl
eine Drehung als auch eine gewisse Bewegung in Querrichtung möglich sind.
Die Lenkung und die Aufhängung
sind derart, daß das
Auftreten von Seitenkräften
weitgehend vermiedene wird. In Analogie zu herkömmlichen Schienen sind die
Schienenräder
leicht kegelförmig
ausgebildet, jedoch bevorzugt breiter, während die herkömmlichen
Radkränze
vorzugsweise weggelassen sind. Die Schienenräder in einem Satz von Schienenrädern sind
im Hinblick auf ihre Drehung miteinander gekoppelt.
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Dies
kann bewerkstelligt werden, indem sie starr auf einer gemeinsamen
Welle montiert sind. Eine weitere Möglichkeit ist es, die zwei
gegenüber
voneinander aufgehängten
Schienenräder
starr auf ihrer eigenen Welle zu montieren und diese Wellen in der
Mitte des Transportfahrzeugs homokinetisch miteinander zu koppeln.
Indem die Wellen an dieser Stelle höher als die Radmitte angeordnet
werden, kann vorgesehen werden, daß die Schienenräder "horizontal" auf den Schienen
abgestützt
sind. Die Schienen brauchen dann nur geringfügig über die Fahrbahn hochzustehen.
Bei dieser Anordnung besteht keine Notwendigkeit für Schienenweichen,
um das Transportfahrzeug zum Einschlagen einer anderen Fahrtroute
zu veranlassen. Das Geräusch
von Radkränzen,
die an den Schienen entlangschrammen, fehlt. Das Transportfahrzeug
ist darüber
hinaus mit einem Steuersystem ausgerüstet, mit dem die ersten Radsätze unabhängig von
Schienen gesteuert werden können,
und das spezifische Anweisungen über
eine zu verfolgende Fahrtroute ausführt. Bei dieser Anordnung werden
Schienen weder an Zubringerstraßen
noch an Logististationen und dergleichen benötigt.
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Die
Erfindung betrifft bauliche Varianten für unterschiedliche Anwendungsbereiche,
z.B. als eine Alternative für
den Straßenverkehr
gemäß der vorliegenden
Beschreibung, als eine Transportmodalität für den städtischen Transport von Gütern, als
eine Transportmodalität
für logistische
Komplexe (wie etwa den Flughafen Schiphol, insbesondere das unterirdische
Logistiksystem), aber auch für
die städtische
und regionale Beförderung
von Passagieren. Die Erfindung umfaßt sämtliche Arten von Modifikationen,
natürlich
nur soweit sie im Schutzbereich der nachfolgenden Patentansprüche liegen.
